【発明の詳細な説明】
低温プレナムを高温チャンバにリンクする連結管
発明の分野:
本発明はタービン・エンジン部品に関し、詳細には作動流体を1つの部品から
別の部品に運ぶ手段に関する。
発明の背景:
様々なタイプのエンジンでは、ガスまたはその他の流体を1つの部品から別の
部品に運ぶ導管がしばしば必要である。ガスタービン・エンジンでは、例えば圧
縮機から出る空気をプレナム内に収集して燃料と混合する。次いでこの空気・燃
料混合物はベンチュリまたはその他の導管内を流れて燃焼チャンバに至り、その
混合物がそこで点火されて高温ガスを形成する。ほとんどのエンジニアリング・
マテリアルは加熱されると膨張することから、高温ガスの生成によって燃焼チャ
ンバは拡張する。高温の燃焼ガスにさらされていないプレナムは、燃焼チャンバ
が膨脹するほどには熱による膨張が生じない。
Mowillに付与された米国特許第5572862号(「’862特許」)
に開示されているようなガスタービン・エンジン・モジュールでは、理想的な噴
射チューブ・チャンバ構成は、実質上接線方向にチューブがチャンバに入ってい
るものである。加えてチューブは、導管としての役割を有効に果たすため、プレ
ナムと燃焼チャンバの両方の端部にしっかりと固定しなければならない。燃焼チ
ャンバの熱膨張がプレナムの熱膨張よりも極端に大きいこのような配置では、チ
ューブは著しい軸応力および曲げ応力とそれに対応したひずみを受け易い。チュ
ーブひずみにより誘導されたチャンバに抗する圧力が、チャンバ・ライニングを
破壊するのを防止する試みでは、理論上、チューブとチャンバの間の境界面、チ
ューブとプレナムの境界面に隙間を設けることができる。しかし、このような隙
間によって必然的に空気漏れが生じ、それによってエンジンの効率が低下する。
したがって、境界面の密封の完全性を維持すると同時に、2つの部品間の熱膨張
の相当な差異に順応するように設計された、1つの部品を別の部品に連結する導
管が必要である。
発明の概要:
本発明の原理によれば、噴射チューブまたは類似の導管は、プレナム・ポート
またはその他の部品に挿入するように適合された第1の開口と、高温のチャンバ
・ポートまたはその他の部品に挿入するように適合された第2の開口を含む。2
つの部品間の異なる熱膨張によって引き起こされた曲げの力、軸力、および捩り
の力に順応するために、チューブの開口は、ポートと開口の密封の完全性を維持
しながら、対応する各ポート内で多数の自由度を有するように構成される。
本発明の一実施態様において、第1の開口は、その開口の入口平面が垂直に配
置されてもまたは配置されなくてもよく、開口の周辺全体の周りで盛り上がり丸
みをつけられ、かつプレナム・ポートに組み込まれている円筒状スリーブ内に嵌
合するように構成された外側表面などの固定要素を含み、その結果、以下に球面
滑り結合器と呼ぶものが創り出される。第1の開口の外側表面形状のために、第
1の開口は第1の開口の長手軸に平行に自由に滑ることができるとともに、第1
の開口は第1の開口の長手軸および第1の開口の外側表面の横軸のそれぞれを中
心に回転することができる。第2のチューブ開口は、その出口平面が垂直に配置
されてもまたは配置されなくてもよく、横軸を中心に回転可能にチャンバ・ポー
トに係合するように構成され、その結果、以下に偏心球面結合器と呼ぶものが創
り出される。チューブの外側表面には固定要素が取り付けられ、これは例えばチ
ャンバの外側表面に取り付けられたピボットなどの別の固定要素に係合するよう
に、またはチャンバの外側表面自体に係合するように構成されたロッカ・アーム
である。ロッカの係合によって、チューブの軸運動を拘束しながら第2の開口が
第2の開口の横軸を中心に回転することが可能になり、それによって、第2の開
口がチャンバ・ポートから離脱することを防止する。あるいは第2の開口は、輪
郭がついた凸部および凹部などの固定要素を備えた外側表面を含み、これはチャ
ンバ・ポート表面に組み込まれて輪郭がついた凸部および凹部など、対応する固
定要素に回転可能に係合するように構成される。第2の開口の外側表面形状のた
め、第2の開口は、チューブの軸運動を拘束しながら第2の開口の横軸を中心に
回転することができ、それによって、第2の開口がチャンバ・ポートから離脱す
ることを防止する。
本発明の原理の有用性は、’862特許に開示されているエンジン・モジュー
ルに限定されないことに留意することが重要である。本発明は、1つの部品が別
の部品とは異なって膨張する、任意の燃焼型エンジンによって実施することがで
きる。
図面の簡単な説明:
本発明は、図面とともに以下の詳細な説明を読めばさらに理解されよう。図で
同じ参照番号は同じ要素を示すために使用する。
第1図は、従来技術によるプレナムを環状燃焼チャンバに連結する噴射チュー
ブの側面図である。
第2図は、本発明の特徴を組み込んだ噴射チューブの側面図である。
第3図は、本発明の特徴を組み込んだ、噴射チューブとプレナムの間の境界面
を示す横断面図である。
第4図は、本発明の特徴を組み込んだ、噴射チューブと環状燃焼チャンバの間
の境界面を示す横断面図である。
第5図は、噴射チューブと環状燃焼チャンバの間の境界面の代替実施形態を示
す横断面図である。
詳細な説明:
図面は、一般的な組立て方式を例示することを目的とし、一定の縮尺で示した
ものではない。説明および請求の範囲では、左、前、後ろなどの用語は、説明の
目的で使用される。しかし、本明細書で述べる本発明の実施形態は、示されてい
る以外のその他の方向でも動作可能であり、このように使用される用語は相対的
な位置を述べることのみを目的とし、適切な環境下で置換可能であることを理解
されたい。
第1図は一般に、多くの燃焼型エンジンの適用分野で般的な流体噴射システム
を示し、詳細には’862特許によって考察される環状燃焼器システムを示す。
このような環状燃焼器システムを実装するガスタービン・エンジンでは、圧縮器
を出る空気がプレナムまたはその他の上流部品10内に収集され、燃料と混合さ
れる。次いで、得られた空気・燃料混合物は噴射チューブ20内を流れて燃焼チ
ャンバ30に至り、そこで混合物が点火されて高温ガスを形成する。チューブ2
0は各端部に固定されており、実質上接線方向でチャンバ30に入る。’862
特許でより十分に論じられるように、この接線方向の進入の目的は、チャンバ3
0内に空気・燃料混合物の半径方向の渦を創り出すことであり、それによってチ
ャンバ内での最大滞留時間を長くし、その結果、量的に最大限の混合物の燃焼が
行われ、排気が低減する。チャンバ30内での高温ガスの生成によって、チャン
バ30が膨張する。高温点火ガスにさらされていないプレナム10は、チャンバ
30が膨脹するほどには熱による膨張が生じない。プレナム10に対するチャン
バ30の膨張関連の動きは、チューブ20に著しい軸応力および曲げ応力とひず
みを与え、その結果、プレナム10および/またはチャンバ30を破裂させる可
能性がある。
第2図は、本発明の一実施形態の特徴を組み込んだ中空噴射チューブ40を示
す。チューブ40は、外部表面51および内部表面(図示せず)を有する。チュ
ーブ40は、第1の開口60および第2の開口70を含み、それぞれは、チュー
ブ40の各端部で形成されたそれぞれの周辺と、外側表面51の部分により区画
されている。入口平面61が垂直に配置されている第1の開口60は、長手軸5
2と、第1の開口60の全周辺の回りが盛り上がった外側表面90を含む。第2
の開口70は、長手軸50と、表面部分100Aおよび100Bを有する外側表
面100を含む。表面100の輪郭は、それぞれの実施形態に応じて決め、また
は曲げることができる。第2の開口70の出口平面71は、燃焼チャンバの環状
表面に一致するように構成される。ロッカ・タブ80は、外部表面51上に形成
されている。ロッカ・タブ80の機能を以下に詳細に説明する。
第3図は、噴射チューブ40とプレナム10の間の連結を示しており、第1の
開口60がプレナム・ポート110に挿入されて本明細書で球面すべり継ぎ手と
呼ぶものを創り出している。外側表面90は、プレナム・ポート110に組み込
まれた円筒形スリーブ120の内側表面119に滑動可能に係合するように構成
される。チューブ40に付与された軸力、曲げの力、および捩りの力に順応する
ため、外側表面90は、開口60がその開口の長手軸52に平行に自由に滑るこ
とができるように、また表面90によって決められた直径122の中心を通過す
る開口軸52と直交する任意の軸を中心に開口60が回転できるように、また開
口60が開口の長手軸52を中心に回転できるように、円筒形スリーブ120に
係合する。
第4図は、噴射チューブ40と燃焼チャンバ30の間の連結を示し、第2の開
口70がチャンバ・ポート71と流体連絡している。チューブ外部表面51と一
体化している第2の開口の外側表面100A、100Bは、チャンバ外部表面1
31から形成され、またその一部であるチャンバ・ポート表面130A、130
Bに回転可能に係合している。表面部分100A、100Bのチャンバ・ポート
表面部分130A、130Bとの係合によって、チューブ40は第2の開口70
の中心から外れた軸200を中心に自由に回転することができる。軸200に最
も近い表面部分100Aは凹面であり、それに対応した凸面部分130Aに係合
している。軸200から遠位にある表面部分100Bは凸面であり、それに対応
する凹面部分130Bと係合する。表面部分100A、100Bおよび130A
、130Bが湾曲したプロフィルを有するように形成することによって、チュー
ブ40をチャンバ30にのみ係合させることができ、これはまず上方表面部分1
00A、130Aを係合させ、さらにチューブ40を軸200を中心に下方に回
転させ、表面部分100Bと130Bを係合させることによる。係合すると、チ
ューブ40は、ポート71から離脱しない間は表面部分100A、100B、1
30A、130Bの拘束を受けるので、軸200を中心に回転するよう強いられ
る。この結合の形を、以後、偏心球面結合と呼ぶ。
第5図は、噴射チューブ40と燃焼チャンバ30の間の別の偏心球面結合を示
し、第2の開口70がチャンバ・ポート71と流体連絡している。第2の開口の
規定された外側表面100はチューブ外部表面51と一体化しており、チャンバ
外部表面131から形成されかつその一部である表面部分130Aおよび130
Bを有するチャンバ・ポートの表面130に、滑動可能に係合する。表面100
および130は、チューブ40を軸方向に完全に拘束しない。したがって、少な
くとも1つのロッカ・タブ80が外部表面51に沿って形成され、チャンバ外部
表面131自体にバイアスされて係合することができ、あるいは実施形態に示す
ように、チャンバ外部表面131上に形成されたピボット・タブ140に係合す
ることができる。ロッカ・タブ80およびピボット・タブ140の係合表面は湾
曲していることが好ましいが、正方形、長方形、あるいは他の幾何的形状に形成
することが可能である。チューブ40に付与される曲げの力に順応するため、ロ
ッカ・タブ80はピボット・タブ140により、開口70がポート表面130か
ら離脱しないように係合される。ロッカ・タブ80とピボット・タブ140の係
合によって、開口70は、規整された表面100、130によって生じる拘束か
らいくらか自由であり、チャンバ30によってチューブ40に加えられた半径方
向力ベクトルによって決まる軸に直角な軸を中心に回転することも可能である。
本発明の任意の実施形態では、第2の開口70とチャンバ・ポート71の間の境
界面での漏れを低減するため、必要に応じて補助密封手段を使用することができ
る。
本発明を例示的な実施形態に関して述べてきたが、本発明の精神または範囲か
ら逸脱することなく、例示的実施形態に様々な変更および修正を加えることが可
能であることを当業者なら理解するであろう。本発明の範囲は、図示しかつ説明
した例示的な実施形態に決して限定されるものではなく、本発明は後添の請求の
範囲によってのみ限定されるものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Connecting tube linking cold plenum to hot chamber
Field of the Invention:
The present invention relates to turbine engine parts, and in particular, to working fluid from one part.
It relates to means for carrying to another part.
Background of the Invention:
Various types of engines transfer gas or other fluids from one part to another.
Conduits are often required to carry parts. In gas turbine engines, for example,
Air exiting the compressor is collected in a plenum and mixed with fuel. Next, this air / fuel
The feed mixture flows through a venturi or other conduit to the combustion chamber where the
The mixture is ignited there to form hot gases. Most engineering
Since the material expands when heated, the combustion chamber is created by the generation of hot gas.
Members expand. A plenum that has not been exposed to hot combustion gases
Does not expand as much as it expands.
U.S. Patent No. 5,572,862 to Mowill ("'862 Patent").
The gas turbine engine module as disclosed in
The injection tube chamber configuration is such that the tubes enter the chamber substantially tangentially.
Things. In addition, the tubing must be pre-
It must be securely fastened to both ends of the hum and the combustion chamber. Burning chi
In such an arrangement, the thermal expansion of the chamber is significantly greater than the thermal expansion of the plenum,
Tubes are subject to significant axial and bending stresses and corresponding strains. Ju
Pressure induced in the chamber induced by the strain
Attempts to prevent destruction have, in theory, been made at the interface between the tube and chamber, the chip.
A gap can be provided at the interface between the tube and the plenum. However, such a gap
The gaps inevitably result in air leaks, which reduce the efficiency of the engine.
Thus, while maintaining the integrity of the interface seal, the thermal expansion between the two parts
A guide to linking one part to another designed to accommodate considerable differences in
A tube is required.
SUMMARY OF THE INVENTION:
In accordance with the principles of the present invention, an injection tube or similar conduit is provided in a plenum port.
Or a first opening adapted to be inserted into another component, and a hot chamber.
• Includes a second opening adapted for insertion into a port or other component. 2
Bending forces, axial forces, and torsion caused by different thermal expansions between two parts
The tube opening maintains the sealing integrity of the port and opening to accommodate the forces of
However, it is configured to have multiple degrees of freedom within each corresponding port.
In one embodiment of the invention, the first opening is arranged such that the entrance plane of the opening is vertical.
May or may not be placed and raised round around the entire perimeter of the opening
Fits within a cylindrical sleeve fitted and integrated into the plenum port
Include a fixation element such as an outer surface configured to fit
What is called a slip coupler is created. Due to the outer surface shape of the first opening,
The first opening is free to slide parallel to the longitudinal axis of the first opening, and
Openings are respectively centered on the longitudinal axis of the first opening and the transverse axis of the outer surface of the first opening.
Can rotate to the mind. The second tube opening has its exit plane arranged vertically
The chamber port is rotatable about a horizontal axis.
The eccentric spherical coupler.
Be sent out. A fixing element is attached to the outer surface of the tube, for example
To engage another fixed element such as a pivot mounted on the outer surface of the chamber
Or a rocker arm configured to engage the outer surface of the chamber itself
It is. The locker locks the second opening while restraining the axial movement of the tube.
It is possible to rotate about the transverse axis of the second opening, whereby the second opening
Prevents mouth from disengaging from chamber port. Alternatively, the second opening is a ring
Includes an outer surface with anchoring elements such as contoured protrusions and recesses, which
Corresponding contours, such as contoured protrusions and recesses built into the
It is configured to rotatably engage the fixed element. Outer surface shape of the second opening
Therefore, the second opening is centered on the horizontal axis of the second opening while restraining the axial movement of the tube.
Can rotate, thereby causing the second opening to disengage from the chamber port
To prevent that.
The utility of the principles of the present invention can be seen in the engine module disclosed in the '862 patent.
It is important to note that they are not limited to files. In the present invention, one component is separated
It can be implemented by any combustion engine that expands differently from the parts
Wear.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS:
The present invention will be better understood from the following detailed description read in conjunction with the drawings. In the figure
The same reference numbers are used to indicate the same elements.
FIG. 1 shows an injection tube connecting a prior art plenum to an annular combustion chamber.
FIG.
FIG. 2 is a side view of an injection tube incorporating features of the present invention.
FIG. 3 illustrates an interface between an injection tube and a plenum incorporating features of the present invention.
FIG.
FIG. 4 shows the injection tube and annular combustion chamber incorporating features of the present invention.
3 is a cross-sectional view showing a boundary surface of FIG.
FIG. 5 shows an alternative embodiment of the interface between the injection tube and the annular combustion chamber.
FIG.
Detailed description:
The drawings are intended to illustrate general assembly schemes and have been drawn to scale.
Not something. In the description and claims, terms such as left, front, back,
Used for purposes. However, the embodiments of the invention described herein are not shown.
It can work in other directions besides
Understand that it can be replaced in the appropriate environment only for the purpose of stating the correct position
I want to be.
FIG. 1 generally illustrates a fluid injection system typical of many combustion engine applications.
And in particular the annular combustor system discussed by the '862 patent.
In a gas turbine engine implementing such an annular combustor system, a compressor
Exiting air is collected in a plenum or other upstream part 10 and mixed with fuel.
It is. Next, the obtained air-fuel mixture flows through the injection tube 20 and burns.
The chamber 30 is reached where the mixture is ignited to form hot gases. Tube 2
0 are fixed at each end and enter the chamber 30 substantially tangentially. '862
As discussed more fully in the patent, the purpose of this tangential entry is to
To create a radial vortex of the air-fuel mixture within the
Increase the maximum residence time in the chamber so that the maximum quantity of combustion of the mixture is
It is done and the exhaust is reduced. The generation of hot gas in the chamber 30 causes
The bush 30 expands. The plenum 10 not exposed to the hot ignition gas is
Thermal expansion does not occur as much as 30 expands. Chan against plenum 10
The expansion-related movement of the bar 30 causes significant axial and bending stresses and strain on the tube 20.
Only to cause the plenum 10 and / or the chamber 30 to rupture.
There is a potential.
FIG. 2 shows a hollow jet tube 40 incorporating features of one embodiment of the present invention.
You. Tube 40 has an outer surface 51 and an inner surface (not shown). Ju
The tube 40 includes a first opening 60 and a second opening 70, each of which is a tube.
The outer surface 51 and the respective perimeter formed at each end of the
Have been. The first opening 60, in which the entrance plane 61 is arranged vertically,
2 and a raised outer surface 90 around the entire periphery of the first opening 60. Second
Opening 70 has a longitudinal axis 50 and an outer surface having surface portions 100A and 100B.
Surface 100. The contour of the surface 100 is determined according to each embodiment, and
Can be bent. The exit plane 71 of the second opening 70 is annular with the combustion chamber.
It is configured to match the surface. Rocker tab 80 formed on outer surface 51
Have been. The function of the locker tab 80 will be described in detail below.
FIG. 3 shows the connection between the injection tube 40 and the plenum 10 and the first
An opening 60 is inserted into the plenum port 110 to provide a spherical sliding joint herein.
It creates what you call. Outer surface 90 incorporates into plenum port 110
Configured to slidably engage the inner surface 119 of the rolled cylindrical sleeve 120
Is done. Adapts to axial, bending, and torsional forces applied to tube 40
Thus, the outer surface 90 allows the opening 60 to slide freely parallel to the longitudinal axis 52 of the opening.
Through the center of the diameter 122 defined by the surface 90
The opening 60 can be rotated about an arbitrary axis orthogonal to the opening axis
A cylindrical sleeve 120 is provided so that the mouth 60 can rotate about the longitudinal axis 52 of the opening.
Engage.
FIG. 4 shows the connection between the injection tube 40 and the combustion chamber 30 with a second opening.
Port 70 is in fluid communication with chamber port 71. Tube outer surface 51 and one
The outer surface 100A, 100B of the embodied second opening is the outer surface 1 of the chamber.
31 and chamber port surfaces 130A, 130 formed therefrom
B is rotatably engaged. Chamber ports for surface portions 100A, 100B
Engagement with the surface portions 130A, 130B causes the tube 40 to
Can rotate freely about an axis 200 that is off the center of the axis. Axis 200
The near surface portion 100A is concave and engages with the corresponding convex portion 130A.
are doing. Surface portion 100B distal from axis 200 is convex and corresponding
With the concave portion 130B. Surface portions 100A, 100B and 130A
, 130B having a curved profile, the
Can be engaged only in the chamber 30, which firstly
00A and 130A, and turn the tube 40 downward around the shaft 200.
By engaging the surface portions 100B and 130B. When engaged,
While the tube 40 is not separated from the port 71, the surface portions 100A, 100B, 1
Because it is restrained by 30A and 130B, it is forced to rotate around the axis 200.
You. This form of coupling is hereafter referred to as eccentric spherical coupling.
FIG. 5 shows another eccentric spherical coupling between the injection tube 40 and the combustion chamber 30.
Second opening 70 is in fluid communication with chamber port 71. Of the second opening
The defined outer surface 100 is integral with the tube outer surface 51 and is
Surface portions 130A and 130 formed from and being part of outer surface 131
It slidably engages the surface 130 of the chamber port with B. Surface 100
And 130 do not completely constrain tube 40 in the axial direction. Therefore, less
At least one rocker tab 80 is formed along the outer surface 51 and is located outside the chamber.
The surface 131 itself can be biased and engaged, or shown in an embodiment.
Engages a pivot tab 140 formed on the exterior surface 131 of the chamber.
Can be The engagement surfaces of rocker tab 80 and pivot tab 140 are bays
Preferably curved, but formed into squares, rectangles, or other geometric shapes
It is possible to In order to adapt to the bending force applied to the tube 40,
The tab 70 is pivoted by the tab 140 so that the opening 70 is the port surface 130.
It is engaged so as not to come off. Locker tab 80 and pivot tab 140
In some cases, the opening 70 may be a constraint caused by the trimmed surfaces 100, 130.
Some freedom, the radius added to the tube 40 by the chamber 30
It is also possible to rotate around an axis perpendicular to the axis determined by the directional force vector.
In any embodiment of the present invention, the interface between the second opening 70 and the chamber port 71
Auxiliary sealing means can be used if necessary to reduce leakage at the interface
You.
Although the invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is not intended that the spirit or scope of the invention be limited.
Various changes and modifications may be made to the exemplary embodiment without departing from the invention.
Those skilled in the art will understand that this is possible. The scope of the invention is illustrated and described
The invention is in no way limited to the exemplary embodiment
It is limited only by the range.
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フロントページの続き
(81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY,
DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I
T,LU,MC,NL,PT,SE),CN,ID,J
P,KR
【要約の続き】
き、それによって、チャンバ・ポートからの第2の開口
の離脱が防止される。────────────────────────────────────────────────── ───
Continuation of front page
(81) Designated country EP (AT, BE, CH, CY,
DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, I
T, LU, MC, NL, PT, SE), CN, ID, J
P, KR
[Continuation of summary]
The second opening from the chamber port
Is prevented from coming off.